一種超聲檢測中精確定位材料上缺陷的方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種超聲檢測中精確定位材料上缺陷的方法，屬于無損檢測技術領域。
【背景技術】
[0002]無損檢測已廣泛用于金屬制品的缺陷檢測與質量評價中。金屬制品無損檢測中獲取微小缺陷在材料中的精確位置信息至關重要，是指導材料金相解剖，驗證檢測工藝有效性的重要依據，是材料制造部門分析缺陷性質，指導產品制造工藝改進的重要參考，也是結構壽命預測、材料無損評價等熱點研宄領域中，有效開展材料含缺陷部位取樣與力學性能測試，總結缺陷對材料力學性能影響規律，以指導建立材料驗收標準和實現結構損傷容限設計等的重要前提。
[0003]超聲檢測是金屬制品上應用最廣泛的無損檢測技術之一。金屬制品超聲檢測常用方法包括水浸法和接觸法。
[0004]水浸法檢測時，聲波經一定厚度的水層進入和離開被檢件。由于聲波無形無色且探頭與工件表面不接觸，因此，要直接獲得缺陷在試件上的平面位置有較大難度，特別是水槽較大或試件較大時，操作者更是難以在試件表面對缺陷作出標記。通過水浸超聲C掃描檢測，雖可生成聲束掃描位置信息與超聲檢測信號相對應的二維平面C掃描圖像，但C掃描圖像中聲束掃描位置的坐標系與被檢材料實際坐標系之間缺少精確關聯，直接利用C掃描圖像進行缺陷定位誤差很大。因此，目前，在水浸檢測發現缺陷后，通常還會再用接觸法進行定位。
[0005]接觸法是保持探頭端面與工件表面貼合進行缺陷探測的方法，該方法一般是采用手動方式，并是在假設聲束軸線與探頭中心線重合(對于采用直探頭，聲束垂直入射檢測的情況)，或假設聲束軸線與探頭端面中心點重合，且聲束角度與標稱值嚴格一致(對于用斜探頭，聲束傾斜入射檢測的情況)的前提下進行缺陷定位的:當探測到缺陷時，首先將探頭聲束對準缺陷，并手工標記探頭在探測面上的實際位置，然后，取所標記的探頭端面中心點位置作為聲束在材料表面的入射點位置，再結合聲束在材料中傳播的理論角度，以及聲束在缺陷、入射點之間往返的時間、速度測量值進行缺陷平面位置、埋深的評定。由于手工標記探頭位置普遍存在較大人為偏差，加之實際當中探頭所發出聲束與假設情況存在角度、位置的偏差，因此，接觸法缺陷定位方式仍無法保證精度，給缺陷部位的切割取樣及金相分析帶來不確定性。
[0006]目前，為進一步提高缺陷定位精度，在用接觸法初步定位缺陷，并從材料上切取含缺陷樣品后，部分檢測工作者利用水浸超聲C掃描檢測系統采取二次定位缺陷的措施:將含缺陷樣品加工成長方體或正方體形，用聲波垂直入射缺陷樣品上互相垂直的三個表面，根據同一缺陷相對于不同探測面的埋深來定位缺陷。以上方法避免了接觸法檢測中人工標記探頭位置、聲束偏離理論位置所帶來的缺陷定位誤差，且由于聲波在缺陷與探測面之間往返的時間、速度一般可準確測量，因此應可獲得較高的缺陷定位精度，但該方法需要從缺陷樣品的三個不同探測面對同一缺陷進行分別檢測與定位，不適合批量操作，效率低，當樣品中同時有多個密集相鄰缺陷存在時，從不同探測面還將難以準確分辨同一缺陷，容易出錯O
【發明內容】
[0007]本發明正是針對上述現有技術中存在的問題而設計提供了一種超聲檢測中精確定位材料上缺陷的方法，其目的是提供一種金屬材料中缺陷三維空間位置的精確定位方法，定位誤差可g 0.5_，用于提高無損檢測技術研宄中金屬材料異常信號部位解剖驗證的取樣加工精度，提高金屬材料制造過程中冶金缺陷解剖分析的取樣加工精度，以及提高結構壽命預測、材料無損評價等熱點研宄領域中金屬材料含缺陷部位力學性能測試的取樣加工精度。
[0008]本發明的目的是通過以下技術措施來實現的:
[0009]根據超聲檢測理論，當探頭聲束與反射平面垂直且平行離開反射平面時，若反射回波的聲壓變為原來的一半，則表明探頭發射聲壓的一半移離反射平面。由于探頭聲束的對稱性，若反射平面的邊緣平直，則此時探頭聲束的中心點也正好位于反射平面的邊緣。實際當中，超聲探傷單元顯示屏上的信號幅度與聲壓成正比，因此可通過觀察超聲探傷單元顯示屏上回波幅度降為原來一半的方式來確定探頭聲束的中心點位于反射平面的邊緣。
[0010]本發明正是利用上述原理，在水浸超聲C掃描檢測系統中實現了探頭聲束掃描位置坐標系與被檢材料坐標系相精確關聯的基礎上，進一步利用了普通水浸超聲C掃描檢測系統所具備的高精度運動控制、C掃描成像、缺陷回找等功能特點來實現材料中缺陷的精確定位。
[0011]結合圖1?圖3，本發明具體采用以下技術方案有效解決了水浸超聲C掃描檢測中探頭聲束掃描位置坐標系與被檢材料坐標系之間通常難以精確關聯的問題:
[0012]本發明所述超聲檢測中精確定位材料上缺陷的方法的步驟是:
[0013]步驟一、在一個帶有水平旋轉工作面的托盤(I)的水平工作面上固定放置一個長方體形規塊(2)，在長方體形規塊(2)長度方向的一側固定放置一個限位塊(3)，在托盤(I)的水平工作面上再放置一塊用于確定檢測基準的方形規塊(4)，方形規塊(4)相鄰側面之間互相垂直，將方形規塊(4)的兩個相鄰側面中的一個側面與長方體形規塊(2)長度方向的側面貼合，另一個側面與限位塊(3)靠緊，然后整體放入水浸超聲C掃描檢測系統的水槽中；
[0014]步驟二、旋轉托盤(I)，使托盤(I)水平工作面上的長方體形規塊(2)的長度方向與水浸超聲C掃描檢測系統的水平直線平移軸X平行，然后用水浸超聲C掃描檢測系統的探頭(5)的聲束(6)對方形規塊(4)的上表面進行水平掃描，探頭(5)的聲束(6)與方形規塊(4)的上表面垂直，掃描方向為以下兩個:
[0015]第一個掃描方向:當探頭(5)的聲束(6)的中心觸及并位于方形規塊(4)與長方體形規塊(2)相貼合的側面的邊緣時，探頭(5)的聲束(6)的回波高度下降一半，將探頭
(5)的聲束(6)在該位置處的Y坐標值定義為基準YO；
[0016]第二個掃描方向:當探頭(5)的聲束(6)的中心觸及并位于方形規塊(4)與限位塊(3)靠緊的側面的邊緣時，探頭(5)的聲束(6)的回波高度下降一半，將探頭(5)的聲束
(6)在該位置處的X坐標值定義為基準XO；
[0017]步驟三、在被檢材料(7)的水平超聲探測面(8)的側面加工兩個互相垂直的豎直面(9)，將被檢采來噢(7)放置于托盤(I)的水平工作面上，其中一個豎直面(9)與長方體形規塊(2)長度方向的側面貼合，另一個豎直面(9)與限位塊(3)靠緊；
[0018]上述操作可保證被檢材料(7)的兩個豎直面(9)分別與水浸超聲C掃描檢測系統的X、Y軸平行，且被檢材料(7)的兩個豎直面(9)在探頭(5)的聲束(6)的掃查位置坐標系中的坐標依次為Υ0、Χ0，即實現了探頭(5)的聲束(6)的掃描位置坐標系與被檢材料(7)的坐標系之間的精確關聯；
[0019]步驟四、用探頭(5)的聲束(6)對被檢材料(7)的水平超聲探測面(8)進行水平掃描，得到掃描位置信息與超聲檢測信號相對應的二維平面C掃描圖像，確定圖像中的缺陷信號位置，利用水浸超聲C掃描檢測系統的缺陷回找功能將探頭(5)的聲束(6)定位至水平超聲探測面(8)上方與缺陷信號相對應的位置處，記錄探頭(5)的聲束(6)在該位置處的X、Y坐標值X’、Y’，將該坐標值與基準Χ0、YO相減，取差值Λ X、Λ Y分別作為該缺陷信號位置相對被檢材料(7)上兩個豎直面(9)的距離，進一步從超聲探傷單元讀取缺陷相對超聲探測面(8)的埋深，最后將讀取的埋深與ΔΧ、△ Y相組合構成缺陷在被檢材料中的三維空間位置坐標，該步驟是在實現探頭聲束掃描位置坐標系與被檢材料坐標系之間精確關聯的基礎上，進一步利用水浸超聲C掃描檢測系統的所具備的高精度運動控制、C掃描成像、缺陷回找等功能特點實現了被檢材料中缺陷三維坐標位置的精確定位。
[0020]采用本發明所提供技術方案進行超聲檢測中材料上缺陷定位的優點和有益效果是:
[0021]1、有效實現了超聲探頭聲束掃描位置坐標系與被檢材料坐標系之間的精確關聯，并充分利用了常見水浸超聲C掃描檢測系統所具備的高精度運動控制、C掃描成像、缺陷回找等功能特點，使得材料中缺陷的定位誤差可5 0.5mm，無論與水浸法、接觸法超聲檢測中依靠人工標記探頭位置的方式相比，還是與超聲C掃描檢測中直接依靠超聲C掃描圖像進行缺陷定位的方式相比，均使得缺陷的定位誤差大幅縮小；
[0022]2、僅從一個探測方向即可測定材料中缺陷的三維空間位置，加